Forskare i Australien har utvecklat den största kvant-simulatorn hittills, med 15 000 qubits för att modellera exotiska kvantmaterial. Denna enhet, känd som Quantum Twins, kan hjälpa till att optimera supraledare och andra avancerade ämnen. Byggd genom att bädda in fosforatomer i kiselchip, erbjuder den hittills oöverträffad kontroll över elektroners egenskaper.
Michelle Simmons och hennes team på Silicon Quantum Computing i Australien har presenterat Quantum Twins, en kvant-simulator bestående av 15 000 qubits arrangerade i ett rutnät. Detta är den största sådana enheten hittills och överträffar tidigare arrayer gjorda av tusentals extremt kalla atomer. Genom att bädda in fosforatomer i kiselchip förvandlade forskarna varje atom till en qubit, vilket möjliggör precisa arrangemang som efterliknar atomstrukturer i verkliga material. Simulatorn ger detaljerad kontroll över elektroners egenskaper, såsom svårigheten att lägga till en elektron vid en rutnätspunkt eller möjliggöra elektron-'hopp' mellan punkter. Denna förmåga är essentiell för att förstå elektricitetsflöde i material. Simmons noterade: «Skalan och kontrollerbarheten vi uppnått med dessa simulatorer innebär att vi nu är redo att ta oss an några mycket intressanta problem.» Hon tillade: «Vi designar nya material på tidigare otänkta sätt genom att bokstavligen bygga deras analoga atom för atom.» I tester simulerade teamet en övergång mellan metalliskt och isolerande beteende i en matematisk modell av hur orenheter påverkar elektriska strömmar. De mätte också systemets Hall-koefficient över temperaturer och avslöjade responser på magnetfält. Konventionella datorer kämpar med stora tvådimensionella system och komplexa elektroninteraktioner, men Quantum Twins visar lovande resultat. Framöver kan enheten utforska okonventionella supraledare som fungerar under mildare förhållanden än traditionella men kräver djupare mikroskopiska insikter för rumstemperaturapplikationer. Den kan också undersöka metall-molekyl-gränssnitt relevanta för läkemedelsutveckling och konstgjord fotosyntes. Resultaten publiceras i Nature (DOI: 10.1038/s41586-025-10053-7).
